分体式空调器的工作原理

分体式空调器的工作原理一、空调器制冷剂的替代在空调器制冷循环中使用的工作介质，称为制冷剂。当房间空调器工作时，制冷剂在制冷系统内不断循环流动，在循环的过程中，制冷剂的状态不断发生变化。目前绝大多数空调器中采用的制冷循环都是蒸汽压缩式制冷循环。所使用的制冷剂必须具有在冷凝温度下能液化，在蒸发温度下能气化的特性。长期以来，在蒸汽压缩式制冷循环的空调器里，所使用的制冷剂只有R22一种。这是因为它无毒、无刺激性气味、无燃烧和爆炸危险，不腐蚀空调器中使用的结构材料、与润滑油不发生化学作用、在制冷和热泵工作的温度范围内具有合适的冷凝压力和蒸发压力，因而被认为是理想的制冷剂。但是，近几年来，由于氟利昂在大气里对臭氧层有破坏作用。因为R22是一种含有氢、氟和氯的饱和碳氧化合物，它在大气里扩散并上升到高空的同温层里，受紫外线照射后会分解出氯离子，对臭氧起破坏作用，并发生连锁反应。同温层中的臭氧减少后，对太阳辐射光中紫外线的阻挡作用就减弱。照射到地球表面的太阳光紫外线增强。对地球上动、植物的生长有危害作用。例如，根据专家预测，臭氧层每减少1％，人类皮肤癌的发病率将增加3％．白内障患病率将增加0.6％。此外，还会引起海洋浮游生物及小虾幼苗的死亡；小麦、水稻等农作物的减产。这类氟利昂排放到大气层里的另一种危害，是增加地球的温室效应，使全球气候变暖，海洋里的冰山融化、海洋水位升高、陆地面积减小。在各种氟利昂制冷剂中，含氯原子的氟利昂对大气臭氧层的破坏作用最大；含氢和氯原子的氟利昂对大气臭氧层的破坏作用较小，R22就属于这一类。只含氢而不合氯原子的氟利昂对大气臭氧层没有破坏作用。因此，需要寻找适合于空调器使用的新制冷剂，限制使用并逐步过渡到禁止使用对大气臭氧层有破坏作用的制冷剂。为此全世界三十余个国家于1987年9月在加拿大的蒙持利尔召开了专门的国际会议，讨论并签署了＜关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书)，于1989年1月生效。我国己于1991年6月14日正式签字加入议定书缔约国。该议定书规定了限制生产和使用当前消耗量最多，危害最大的五种氟利昂制冷剂(R11、R12、R113、R14和R115)。1990年6月，在英国伦敦召开了＜蒙特利尔议定书＞缔约国的第二次会议。我国派观察员参加。该次会议修改了部分议定书内容，加快了限制使用和逐步停止使用对大气臭氧层有破坏作用的氟利昂物质的时间表。规定对只含氮、不合氢原子的氟利昂属于全部控制使用的制冷剂(包括R13在内)，于2000年前应完全停止生产。对于含有氯、氢原子的34种氟利昂(包括R12在内)也提出了要在2020年后控制使用。此外，对于人均年消耗量低于0．３Ｋｇ含氯而不含氢的氟利昂的发展中国家的缔约国，使用受控氟利昂的时间可以比发达国家推迟十年。选择空调器中的制冷剂，除了以上所述的原因，还应满足下列一些要求：1.有较高的临界温度，在常温或空调器工作的环境温度下能液化。2.有合适的工作压力，蒸发压力不太低，冷凝压力不太高。3.凝固温度要低，在空调器工作温度范围内，不会凝固。4.粘度和密度要小，使制冷剂在管道内流动时的阻力小。5.绝热指数要小，使压缩机耗功较小，压缩终温也较小。6.液体比热容要小，使节流损失较小。7.循环的热容要小，使节流损失较小。8.热导率要高，使换热器缩小。9.不燃烧、不爆炸。10.无毒。11.对金属不起腐蚀作用。12.与润滑油不起化学作用。13.高温时不分解。14.价低便宜。制冷剂的安全性包括毒性、爆炸性、对大气臭氧层的破坏作用以及温室效应等。美国保险商实验室(UL)将制冷剂的毒性分成：1、2、3、4、5、6共六类，数字越小，毒性越大。此外，在每一类又分为a和b，a的毒性比b大；我国目前也按照美国的分类。R22的毒性等级为5a。爆炸性是表示制冷剂在空气中达到一定浓度后，遇明火会发生爆炸的特性，也称为爆炸浓度，爆炸浓度越小，则越危险。R22基本上不会产生爆炸。用于安全的制冷剂。氟利昂制冷剂对大气臭氧层的破坏程度，以及温室效应引起全球气温变暖的大小．目前国际上均以ODP和GWP两个指标衡量。我国目前也是以此指标衡量。ODP称为臭氧耗减潜能值，它是以R11的ODP＝1的相对值。如R22的ODP为0.05，R125的ODP值为0，R134a的ODP值为0。GWP称为全球变暖潜能值，它是以R11的GWP=1．0的相对值。如R22的GWP为0.35；R123的GWP为0.018；R134a的GWP为0.26。目前各国都在寻找对大气臭氧层破坏作用小的制冷剂，取代目前正在使用的对大气臭氧层有破坏作用，属于蒙特利尔议定书禁止和控制使用的制冷剂。例如，对于空调器中目前使用的氟利昂22(R22)，可以有下列几种混合制冷剂或单一制冷剂替代。替代时，需要考虑的是最好不改变空调器的系统和设备，即蒸发压力，冷凝压力不要偏离它的蒸发压力和冷凝压力太大．排气温度不要太高。此外，从空调器的性能和能量利用的合理性上，希望替代后的制冷量不要比原来的制冷星减小得太多，能效比也不要比以前使用时的降低得太多。表1—2—l是几种混合制冷剂和单一制冷剂作为替代使用时的性能比较。二、空调器的制冷循环图l—2—1是空调制冷循环图，它是一个典型的单级蒸汽压缩循环。制冷剂R22在压缩机中被压缩成高温、高压的过热蒸汽(其压力为1.9MPa)，并进入风冷式冷凝器中冷却。经过冷却，制冷剂的压力、温度、状态都会发生变化，高温、高压的过热蒸汽冷凝为高压中温的液体(冷却效果好可成为过冷液)。这种冷凝后的制冷剂液体进入毛细管中节流减压，为下面在蒸发器中进行蒸发气化创造条件。在蒸发器中液态的制冷剂全部气化为低压的气体，同时从外界吸热，这样蒸发器的温度必定低于环境温度，即成为冷却器。蒸发器中的制冷剂先是汽、液共存，后变为饱和蒸汽，最后变为低压过热的蒸汽。其压力为0．5MPa，在被吸回压缩机的过程中，吸气管内的制冷剂蒸汽仍然从外界吸收热量进行汽化(过热状态)。因此压缩机的吸气管也是低于环境温度的，用手触摸感到有些凉。而压缩机的排气管却相反，因为排气管内是高温高压的制冷剂过热蒸汽，故而其外表温度比环境温度高，用手触摸感到是热的。图1—2—1(b)是典型的空调器制冷循环。从图中可以看出，经压缩机压缩后排出的制冷剂过热蒸汽的温度为90℃经室外风扇吹风将热量排到室外，冷却后冷凝液的温度降为50℃(中温，高压)，但其饱和压力维持在一定值(冷凝压力即系统中的高压压力)，冷凝液体经过毛细管节流后其压力与温度均降低。进入蒸发器中的制冷剂开始汽化，并在整个过程中维持一定的压力(即蒸发压力，系统中的低压)，汽化后的制冷剂蒸汽返回压缩机中，如此周而复始进行循环。冷凝器的热量是由排风扇(轴流风扇)向室外吹出热风提供的，蒸发器的冷且由室内送风扇(多叶低噪声的离心风扇或贯流式风扇)向室内送冷风提供的。在上述的制冷循环中可分为高压和低压两个区域：从压缩机排气口至毛细管入口处为高压区，从毛细管出口至压缩机的吸气口为低压区。实际的制冷循环可见图l—2—2。这是松下CS—702KC分体壁挂式空调器的制冷循环图，其室内机组中的热交换器为蒸发器，而室外机组中的热交换器为冷凝器。室内外机组之间用紫铜管及二通阀、三通阀相连接，两个换热器与压缩机、毛细管组成典型的制冷系统四大部件。制冷剂在其内部流动即形成———个制冷循环。三、空调器的热泵制热原理1．热泵制热循环空调器不仅能制冷，有的还能制热，作为冷气机时，从室内侧吹出冷气，液体的制冷剂蒸发时吸收空内热量并将其排出室外(见图1—2—2)。现在如果我们把室内机组放在室外，而把室外机组放在室内的话，不就可以在冬季取暖吗?冷凝器的热量吹向室内形成热风就实现了冬季供暖这就是热泵式空调器的最基本原理。但是将室外机组搬入室内，将室内机组搬至室外实际上是不可能的；如果在制冷循环的基础上加一个装置使制冷剂的流动方向逆转就可解决问题。这个能够转换制冷剂流动方向的装置就是电磁四通阀，有了它热泵空调器就应运而生了。利用电磁四通阀和冷、热切换开关即可解决一机二用的问题，实在是再好不过了。让我们分析比较一下制冷和热泵两个不同的循环过程。图1—2—3(a)为分体式空调器的制冷循环过程，图(b)为分体式空调器的制热循环过程。制冷运转时热风吹向室外，冷风吹向空向，而制热运转时，热风吹向室内、冷风吹向室外。热泵型的空调器有什么特点呢?它既方便又节能而且供暖效率高。与电热型空调相比较，热泵型空洞器的效率要高出3--4倍。电加热器将电能转换成为热能，1kW·h(一度电)可得到大约860kcd／h的热量。而热泵型空调机1kW·h（一度电)却可以得到大约3000KcaL／h的热量。热泵是用于从室外吸取热量的，而且热泵所用的电能也部分地转换成热能，因此其效率是比较高的。由于热泵型空调器是从室外空气中吸收热量，将室外空气中的热“泵”至室内，因此其使用受到局限。随着室外气温的降低，供暖效果也会下降，当室外气温在5℃以下时，热泵就不能正常启动供暖了，这是它的缺点。室外温度降低，室内制热少，而室外热交换器表面温度也降低，而且易结霜为防止结霜，空洞器上设置有自动除霜系统，待除霜结束后，空调器可自动恢复制冷运转。采用四通换向阀的典型循环系统见图1—2—4的(a)、(b)2．四通换向阀的结构与工作原理四通阀由先导阀、主阀和电磁线圈三个部分组成，其结构与工作原理见图1—2—5。该类四通阀动作的显著特点就是通过启动四通先导电磁阀，控制四通阀的换向。当电磁线圈处于断电状态时，如图I—2—5(a)所示，先导阀左移，高压流体进入毛细管①再流入活塞腔②；另一方面，活塞腔③流体排出，活塞及滑阀④左移，形成制冷循环。当电磁线圈处于通电状态时，如图1—2—5(b)所示，先导阀右移，高压流体进入活塞腔③；另一方面，活塞腔②流体排出，活塞和滑阀④右移，形成制热循环。四、空调器的电加热既然热泵型空调器在冬季使用上有一定的局限性，那么在严寒地区就成问题了，有两种解决办法。一是在热泵型空调器上附加一个电加热器—辅助电加热器，这种空调器叫作带辅助电加热器的热泵型空调器，它虽然能提供电加热，但仅仅是一种辅助作用，真正能解决冬季供暖问题,还要靠电加热型空调器。电加热型的空调器在冬季完全靠电热器供暖，发热元件有两种，一种是电热丝式，一种是电热管式，各有下同特点，适用于不同的机种。电热丝式的加热器采用镍、铬合金为加热元件，安装在热绝缘的云母或其它的支架上，它通电与否由空调器上的冷热开关来控制。当将空调器的选择器上的冷、热开关族钮旋至“热”挡时，此开关将电热丝线路接通，电热丝式的加热器具有发热快、凉得快的特点，即通电后很快加热，断电后很快凉下来。但因其直接暴露在外，易发生触电和短路烧毁，不过这一缺点已从技术上得到解决，故在“极小型的窗式空调器和分体式空洞器中仍然广泛应用。电加热器必须在电路上加上连锁保护。即先通风，后加热，没有通风时电加热器绝对不可通电，否则将会发生烧烤机件的事故，严重时还会发生火灾。电热管式加热器的绝缘性好，使用安全，但其热惰性比电热丝大，通电后热得慢，断电后凉得也慢。电热管式加热器多用于三相电源的较大的立柜式冷热风机或恒温恒湿空调机中，同样的与风机联锁保护对电热管式加热器也是非常重要的。五、空调器的除湿空调器的制冷循环中既能制冷又能去除房间空气中的水蒸汽——除湿。在高温高湿季节，这种作用是十分明显的。我们很容易发现空调器的排水管会滴水——冷凝水。由于水份被排出，房间中的含湿量减少了。除湿的条件是要有冷的物体使空气中的水蒸汽在上面凝聚，这个冷的物体就是空调器中的蒸发器，在制冷循环中蒸发器因制冷剂汽化而变冷，当蒸发器表面温度低于空气的露点温度时，空气中的水蒸汽就会变为水珠而附在其表面上，并沿着翅片间隙流下掉在接水盘中。空调器的除湿量是以L／h或kg／h来表示的。六、空调器的通风与净化通风系统包括室内侧的多叶低噪声贯流式